Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Préface

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4 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Préface Mettre à disposition du ministère chargé de l environnement et des acteurs de l environnement des références de recherche et d observation, destinées à éclairer les politiques publiques dans ces domaines où règnent l incertitude et le débat, entre dans les missions de la Direction des Etudes Economiques et de l Evaluation Environnementale (D4E) du ministère. L enjeu et les incertitudes liés au stockage du carbone Le changement climatique est un problème environnemental majeur pour le 21 e siècle. Dans ce contexte, le Ministère de l Ecologie et du Développement Durable (MEDD) participe avec la Mission Interministérielle de l Effet de Serre (MIES) aux négociations internationales et a lancé plusieurs programmes de recherche qui concernent plus particulièrement le rôle que pourraient jouer les puits de carbone vis-à-vis des émissions de CO 2. Ainsi, certains projets de recherche en cours concernent déjà les possibilités de stockage du carbone dans la biomasse des écosystèmes forestiers et prairiaux, d autres évaluent le rôle des sols, et plus particulièrement des changements d occupation des sols et de pratiques agricoles, sur le contenu en matière organique des sols. Cependant, les phénomènes sont complexes et force est de constater que les données scientifiques acquises au plan international donnent encore lieu à des controverses, probablement dues au manque de données issues d expérimentations de longue durée et de réseaux de surveillance des sols. La mise en place d une expertise collective comme appui à la négociation La D4E s est ainsi efforcée de mettre en place un tel réseau pour l avenir (Réseau de Mesure de la Qualité des Sols - RMQS) avec le ministère chargé de l agriculture, l Agence de l environnement et de la maîtrise de l énergie (ADEME), l Institut français de l environnement (IFEN) et l Institut national de la recherche agronomique (INRA), mais, compte tenu de l échelle de temps d évolution des sols, les résultats ne seront pas disponibles avant cinq ou dix ans. En raison des incertitudes existantes aux niveaux national, européen ou international, l appel à une expertise s imposait donc pour avoir des bases objectives immédiates en appui aux négociations. A ce niveau, on peut faire le constat que, après l intégration des forêts dans le Protocole de Kyoto (article 3.3), l article 3.4 concernant l agriculture a donné lieu à de nombreuses discussions sans expertise véritable et à des controverses y compris par le canal des grands périodiques scientifiques, qui ont conduit à l échec de la Conférence des parties (COP 6) de La Haye. Les principales questions posées tournaient autour de la faisabilité du stockage du carbone, des capacités de stockage, du temps de résidence dans les sols et des surfaces et pratiques concernées. Une nouvelle conférence (COP 6 bis) à Bonn a alors entériné l'utilisation du stockage de carbone en agriculture et foresterie prévu par l'article 3.4 (changement d'utilisation des terres ou changement de pratiques agricoles et forestières), mais sans limitation de surface et de quantité stockée et sans fournir pour l instant de règles d évaluation ou de vérification. L'expertise française devait être mobilisée rapidement. La nécessité d une expertise collective s imposait du fait du caractère multidisciplinaire des questions posées et des implications 3 3

5 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? agronomiques et économiques. L INRA est particulièrement bien armé pour mettre en œuvre ce type d expertise collective. L expertise s est alors mise en place dans le cadre de la convention existant entre le MEDD et l'inra, et s'est appuyée sur un comité de pilotage comprenant les principaux gestionnaires (MEDD, ministère chargé de l agriculture, MIES), ce qui a permis de préciser et de hiérarchiser les questions posées aux scientifiques. Le comité de pilotage, sans confusion entre la maîtrise d œuvre et la maîtrise d ouvrage, a été le lieu de suivi et de co-construction itérative de l expertise. Perspectives Le travail fourni apporte non seulement un bilan critique des connaissances et les éléments de réponse aux questions posées, mais aussi une mise en perspective des éléments du débat. Ils seront présentés aux gestionnaires et aux négociateurs lors d un séminaire en octobre 2002, puis discutés lors d un colloque avec une audience plus large incluant une participation européenne et internationale, notamment d'amérique du Nord. Les résultats pourront déjà, par la participation de chercheurs français dans le cadre du Groupe intergouvernemental des experts sur le climat (GIEC), servir à préciser certaines opérations de vérification des variations de stock de carbone encore non définies par le protocole de Kyoto. Il s agira en particulier de les rendre faisables au plan économique. Les résultats vont également être directement utilisables par la MIES dans le Programme National de Lutte contre le Changement Climatique (PNLCC) pour lequel l agriculture est sollicitée comme toutes les autres activités économiques. Dans ce contexte, la comptabilisation des stocks de carbone en forêt présente des limites, tandis que plusieurs choix de valorisation directe de la biomasse ou des résidus de culture (énergie, biocarburant...) ou de passage par la matière organique des sols sont envisageables. Précisons que la matière organique des sols n est pas uniquement un stock de carbone, mais aussi une source de vie et de biodiversité, dont il s agit de tenir compte par la notion de qualité des sols. Le sol est donc à protéger, souci qui rejoint la récente communication européenne sur les sols d ores et déjà approuvée en Conseil européen en juin 2002, et il s agira d évaluer les autres effets des pratiques susceptibles de stocker du carbone sur la protection des sols (en particulier contre l érosion), ainsi que les liens avec la qualité de l air et de l eau sur lesquels des travaux de recherche sont à conduire. Ces points de discussion, complémentaires à la question du stockage du carbone, sont déjà amorcés dans le rapport. Ils méritent d être poursuivis compte tenu des mesures financières qui figurent déjà dans les CTE actuels et de celles qui sont en discussion dans le cadre de la réforme de la PAC. Sans évoquer un marché du carbone qui tarde à se mettre en place à des prix acceptables, le contexte économique des pratiques agricoles et des changements d occupation des sols au niveau du territoire français et européen peut changer assez rapidement avec la prise en compte des double bénéfices. Dominique Bureau Directeur des Etudes Economiques et de l'evaluation Environnementale Ministère de l'ecologie et du Développement Durable 4 4

6 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Avant-propos L Expertise collective à l INRA : une synthèse critique des connaissances faite à la demande d acteurs externes Le rapport qui suit est le résultat de la deuxième opération formalisée d expertise collective de l INRA. Sa réalisation concrétise la volonté de notre établissement, inscrite parmi les priorités de son contrat d objectif , de mieux répondre à la demande d expertise des pouvoirs publics et de ses partenaires. Elle marque ainsi une étape de la réalisation de ce contrat. Répondre à de nouvelles demandes d'expertise La fonction d expertise fait partie des missions statutaires des établissements publics de recherche. Compte tenu du caractère finalisé des recherches de l INRA, l activité d expertise y est traditionnellement importante. Diffuse, elle s inscrit naturellement et presque quotidiennement dans le travail des chercheurs. Cette tradition est désormais confrontée à une véritable explosion de la demande d expertise scientifique. Manifestation de l importance acquise par la science dans le monde contemporain, elle résulte de modifications profondes du contexte de la recherche. Ses facteurs sont multiples : inquiétudes suscitées par les avancées rapides des sciences et des technologies, perception nouvelle des risques pour l homme et son cadre de vie, émergence du principe de précaution, mise en cause de la responsabilité pénale associée à la décision. Elle implique directement l INRA car sa contribution au bouleversement des sciences de la vie et ses grands domaines d application, agriculture, alimentation, environnement, sont au cœur d enjeux de société d une force croissante. C est pourquoi, après d autres organismes, l INRA a décidé de mettre sur pied une procédure institutionnelle d expertise collective. Il s agit d un engagement de long terme dont le succès dépend de la construction d un savoir-faire méthodologique reconnu et de son appropriation par les chercheurs, qui passe par sa prise en compte dans leur évaluation individuelle. Une Unité spécialisée a été créée pour y contribuer par son appui aux experts, l analyse critique et la capitalisation des expériences. Garantir la qualité du travail L objectif principal de la procédure est de garantir aux demandeurs d expertise la qualité des avis qui leur sont fournis. La nature des fondements de cette garantie est triple. Une définition explicite et partagée de la nature du produit L expertise est définie comme une synthèse critique des connaissances scientifiques faisant la part des acquis, des lacunes, des domaines d incertitude ou de controverses entre spécialistes, des hypothèses à valider et du degré de plausibilité qui leur est accordé. Le choix de cette définition implique que 5 5

7 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? l expertise s appuie exclusivement sur des connaissances scientifiques certifiées. Conçue comme synthèse critique, elle vise à décrire objectivement l état d une problématique, mais ne conduit pas à en inférer recommandations ou conseils préfigurant la décision. Le but de cette réserve n est pas de dégager la responsabilité des experts, mais de la borner pour préserver l indépendance de l expertise par rapport au processus de décision qu elle prépare. Dans la réalité, cette ligne de partage incertaine dépend étroitement du questionnement adressé aux experts. Son extension et sa formulation précise sont l enjeu d une interaction constructive entre le commanditaire et les responsables de l expertise. Cette phase initiale d agrément mutuel sur la spécification des objectifs de l opération est essentielle : elle détermine notamment la possibilité d évaluer in fine la qualité des réponses produites. La réalisation collective De manière toujours plus évidente, les problématiques complexes motivant les demandes d expertise ne peuvent être traitées que par des groupes rassemblant des ensembles de disciplines et points de vues complémentaires. Le caractère collectif est un moyen d assurer l homogénéité de la pertinence de l expertise sur l ensemble des domaines de connaissance qu elle recouvre. C est également le moyen de confronter la pluralité des approches, en favorisant l expression des controverses et l exercice de la critique. L extension de leur vivier d experts est, à cet égard, un atout des grands organismes. L INRA veut le valoriser, sans se limiter aux contributions de ses propres chercheurs, mais au contraire en recherchant l ouverture aux meilleures compétences externes, facilitée par la richesse de ses réseaux de collaboration. La qualification des experts Elle met d abord en jeu leur compétence scientifique, attestée par leur reconnaissance académique internationale. Par leur système rigoureux d évaluation des chercheurs, les organismes publics sont en bonne situation pour l apprécier. Mais l exigence fondamentale à leur égard est celle de l impartialité de l expertise, dont la condition première est la pluralité du groupe d experts assortie de garantie quant à leur indépendance individuelle. Les chercheurs publics bénéficient des meilleures conditions pour l affirmer. Cependant, diverses précautions procédurales, telle la systématisation de la "déclaration d intérêt" permettent de clarifier a priori les relations contractuelles des laboratoires publics, avec des acteurs privés ou des groupes d intérêt. La prévention de pressions possibles des décideurs publics eux-mêmes est assurée par l absence d ingérence dans l activité du groupe d experts et de contrôle sur la formulation des avis. Tout type d approbation hiérarchique préalable, susceptible de prendre en compte des intérêts institutionnels, en est également exclue. Le respect procédural de ces principes de qualité constitue l unique engagement institutionnel de l INRA par rapport à l expertise. La responsabilité exclusive des experts sur le contenu de leur rapport et les avis qui le concluent, est strictement préservée. La séquestration du carbone dans le sol, un thème d'intérêt exemplaire pour l'inra La demande d expertise sur le Stockage du carbone dans les sols agricoles, adressée à l INRA par la Direction des Etudes Economiques et de l Evaluation Environnementale du Ministère chargé de l Environnement offrait une occasion privilégiée de traduire cet engagement. Son thème illustre 6 6

8 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? idéalement les motivations de la démarche. Objet d oppositions inter-étatiques, alimentées par la controverse scientifique, dans le cadre de la Conférence des Parties du Protocole de Kyoto, il impose un positionnement des pouvoirs publics pour la suite des négociations internationales, et la mise en œuvre de leurs conclusions au niveau national. Les décisions à prendre se placent dans un contexte d incertitude très forte, dont la composante scientifique est prépondérante. Elle porte fondamentalement sur l évolution à long terme du système naturel en cause, le sol et ses constituants organiques, sur les déterminants climatiques, pédologiques, technico-économiques de cette évolution, sur l efficacité des moyens de maîtrise par rapport à l objectif final de limitation de l effet de serre. Les enjeux sous-jacents d usage et de gestion des sols sont cruciaux pour les relations entre agriculture et environnement. Ils concernent l agriculture multifonctionnelle, en tant que productrice de nouveaux services environnementaux. Ils interfèrent plus généralement avec l ensemble des impacts de la production agricole sur les ressources naturelles, dans lesquels le sol joue un rôle déterminant. Ils sont ainsi en coïncidence étroite avec les objectifs stratégiques de l INRA. Leur analyse fait appel à des disciplines dans lesquelles notre établissement occupe une place de premier plan au niveau national et européen : sciences du sol, agronomie, économie publique appliquée à l agriculture, connaissance des pratiques des acteurs. A ces conditions favorables s ajoutait la riche expérience de collaboration entre le Ministère chargé de l Environnement et l INRA. Formalisée par une Convention Cadre qui en régit l organisation, elle a facilité l accord mutuel sur la démarche et ses objectifs, dans le respect des principes exposés précédemment. On trouvera, dans l introduction au rapport, la description détaillée des modalités de conduite de l expertise. Elle montre que cette réalisation de l INRA a bénéficié de garanties sérieuses. Le rapport et la synthèse qui en sont les produits, seront légitimement objets de critique et de controverse. Ils le méritent en tant que production scientifique, les moyens et exigences propres à leur assurer ce statut ayant été réunis. Les auteurs en assument et revendiquent le risque. Nous les remercions de même que l ensemble des contributeurs à ce travail. Ces remerciements s adressent tout particulièrement à nos collègues des autres organismes, français ou étrangers, qui ont répondu positivement à notre sollicitation. En terminant, nous souhaitons à cet ouvrage de marquer un succès de cette forme nouvelle d accomplissement de la mission de l INRA qu est la valorisation publique de la connaissance scientifique. Marion Guillou Directrice Générale Institut National de la Recherche Agronomique 7 7

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10 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Comité de pilotage de l'expertise Ministère de l'ecologie et du Développement Durable (MEDD) : Benoît LESAFFRE (président du Comité de pilotage), Direction des Etudes Economiques et de l'evaluation Environnementale (D4E), Directeur du Service de la Recherche et de la Prospective (SRP) Sylviane GASTALDO, D4E Michel ROBERT, D4E Christophe EWALD, Direction de la Prévention des Pollutions et des Risques (DPPR) Mission Interministérielle de l'effet de Serre (MIES) : Marc GILLET Arthur RIEDACKER Ministère de l'agriculture, de l'alimentation, de la Pêche et des Affaires Rurales (MAAPAR) : Nicolas ROUGIE, Direction de l'espace Rural et de la Forêt (DERF) Jean-Claude SOUTY, DERF GIP Ecofor : Jean-Claude BERGONZINI Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) : Dominique ARROUAYS, Infosol, coordination scientifique de l'expertise Claire SABBAGH, Unité Expertise Scientifique Collective Pierre STENGEL, Directeur Scientifique Environnement, Forêt et Agriculture (EFA) Le comité de pilotage s est réuni les 5 juin 2001, 4 septembre 2001, 30 janvier 2002 et 22 mai Conduite de l'expertise Responsable INRA du projet Pierre STENGEL, Directeur Scientifique Environnement, Forêt et Agriculture, INRA Paris Experts Coordination scientifique Responsable Dominique ARROUAYS, Ingénieur de Recherche, INRA Orléans ; expert auprès du GIEC Jérôme BALESDENT, Directeur de Recherche, INRA/CEA Cadarache Jean-Claude GERMON, Directeur de Recherche, INRA Dijon ; expert auprès du GIEC Pierre-Alain JAYET, Directeur de Recherche, INRA Versailles-Grignon Jean-François SOUSSANA, Directeur de Recherche, INRA Clermont-Ferrand ; expert auprès du GIEC Auteurs et contributeurs Dominique ARROUAYS, Ingénieur de Recherche, INRA Orléans Inventaire et surveillance des sols, stocks de carbone, analyses géographiques, modélisation Jérôme BALESDENT, Directeur de Recherche, INRA/CEA Cadarache Dynamique des matières organiques, traçage isotopique, modélisation, rhizosphère Claire CHENU, Directeur de Recherche, INRA Versailles-Grignon Dynamique des matières organiques et agrégation, effets des matières organiques Tiphaine CHEVALLIER, Ingénieur de Recherche Contractuel, INRA Orléans Dynamique des matières organiques et agrégation Mireille CHIROLEU-ASSOULINE, Professeur, Université Paris 1 Economie de l environnement Philippe CIAIS, Directeur de Recherche au CEA, LSCE CEA-CNRS Gif-sur-Yvette Cycle global du carbone, transport atmosphérique, modélisation Etienne DAMBRINE, Directeur de Recherche, INRA Nancy Pédologie, sols forestiers, cycles biogéochimiques Stéphane DE CARA, Chargé de Recherche, INRA Versailles-Grignon Economie publique, politique agri-environnementale, modélisation, échanges agricoles Benoît GABRIELLE, Chargé de Recherche, INRA Versailles-Grignon Bilans environnementaux, grandes cultures 1 9

11 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Jean-Claude GERMON, Directeur de Recherche, INRA Dijon Emissions de gaz par les sols, écologie microbienne Laurence GUICHARD, Ingénieur de Recherche, INRA Versailles-Grignon Agronomie, systèmes de culture, politiques agri-environnementales, évaluation Sabine HOUOT, Directeur de Recherche, INRA Versailles-Grignon Science du sol, recyclage d effluents et déchets Pierre-Alain JAYET, Directeur de Recherche, INRA Versailles-Grignon Economie publique, régulation agri-environnementale, modélisation Claudy JOLIVET, Ingénieur de Recherche, INRA Orléans Surveillance des sols, dynamique des matières organiques Pierre LOISEAU, Directeur de Recherche, INRA Clermont-Ferrand Cycle du carbone et de l azote dans les écosystèmes prairiaux Bruno MARY, Directeur de Recherche, INRA Laon Agronomie, cycles du carbone et de l azote Philippe MEROT, Directeur de Recherche, INRA Rennes Hydrologie, fonctionnement hydrique des sols Guy RICHARD, Chargé de Recherche, INRA Laon Agronomie, structure et travail du sol Jean ROGER-ESTRADE, Maître de Conférences, INA P-G Agronomie, systèmes de culture, structure et travail du sol Nicolas SABY, Ingénieur d Etudes, INRA Orléans Systèmes d Information géographique, analyse spatiale Uwe A. SCHNEIDER, Chercheur, Center for Agricultural and Rural Development Iowa State University Economie agricole, modélisation appliquée à l environnement Katheline SCHUBERT, Professeur, Université Paris 1 Economie de l environnement Bernard SEGUIN, Directeur de Recherche, INRA Avignon Climatologie, bilan radiatif et bilan d énergie des surfaces continentales Marie-Françoise SLAK, Maître de Conférences, ENITA Bordeaux Ecologie, agronomie, occupation des sols Jean-François SOUSSANA, Directeur de Recherche, INRA Clermont-Ferrand Dynamique des agro-écosystèmes prairiaux et changements globaux Pierre STENGEL, Directeur Scientifique Environnement, Forêt et Agriculture, INRA Paris Science du sol Christian WALTER, Maître de Conférences, ENSA Rennes Science du Sol, analyse spatiale, modélisation Relecteurs externes Denis ANGERS, Professeur, Université de Laval, Québec Alain AYONG LE KAMA, Professeur d'économie, Université de Grenoble 2, Conseiller scientifique au Commissariat du Plan Martial BERNOUX, Chargé de Recherche, IRD Brésil Georges DE NONI, Directeur de Recherche, IRD Montpellier Jean-Claude FARDEAU, Chargé de mission auprès de la DS Environnement, Forêt et Agriculture de l INRA Christian FELLER, Directeur de Recherche, IRD Brésil Gaëlle REGNARD, Chargée de mission Environnement, Direction des Politiques Economique et Internationale du MAAPAR Bernard SAUGIER, Professeur, Université Paris Sud-Orsay Unité Expertise Scientifique Collective de l'inra Annie CHARTIER, Ingénieur de Recherche, INRA Versailles-Grignon Ingénierie documentaire Claire SABBAGH, Ingénieur de Recherche, INRA Paris Directrice de l'unité, management de l Expertise scientifique collective Isabelle SAVINI, Ingénieur de Recherche, INRA Paris Rédaction et coordination éditoriale 2 10

12 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Sommaire Introduction 15 Partie 1. Problématique Enjeux internationaux et controverses L effet de serre et le changement climatique. Quelques rappels Place des puits "agricoles" de carbone dans le protocole de Kyoto Vérification des puits de carbone dans le protocole de Kyoto Politiques nationales et européennes en matière de stockage de carbone dans les sols Questions à l expertise Quels sont les changements d usage ou de pratiques permettant une augmentation significative des stocks de carbone dans le sol? Quel est le devenir à moyen et long terme du carbone stocké dans les sols? Comment prendre en compte les effets secondaires environnementaux? Quel bilan avec les autres flux de gaz à effet de serre (GES)? Quelle est la faisabilité agronomique et pédologique des solutions envisageables? Comment juger de l efficacité de mesures de politiques économiques? Quelle sera la fiabilité des méthodes de suivi et de contrôle? Conclusions attendues 39 Références bibliographiques 41 Partie 2. Usages du sol, stockage de carbone et effets connexes : état de l art Sols et bilan atmosphérique de carbone Cycle du carbone Possibilités et limites de la modélisation Conséquences agronomiques et environnementales du stockage de carbone dans les sols agricoles Mesure des stocks de carbone des sols et des flux de CO 2 échangés avec l'atmosphère Estimations publiées des stocks actuels de carbone dans les sols agricoles français Surfaces agricoles, bilan de gaz à effet de serre et climat Les autres gaz à effet de serre en agriculture : le méthane (CH 4 )et le protoxyde d'azote (N 2 O) Rôle de la consommation d'intrants dans le bilan agricole de gaz à effet de serre Bilan radiatif et bilan thermique de surface Bilan de gaz à effet de serre des surfaces et des exploitations agricoles Conclusion de la Partie 2 98 Annexe. Introduction au bilan radiatif et au bilan thermique de surface 99 Références bibliographiques 105 Partie 3. Estimations chiffrées, par unité de surface, du stockage de carbone dans le sol associé aux changements de pratiques agricoles Règles de comptabilité et définitions Définitions

13 Expertise INRA Ð Stocker du carbone dans les sols agricoles? R gles de comptabilitž : mode d'expression des flux nets moyens annuels de carbone des sols associžs aux pratiques et usages Fiche type ržsumž du stockage/džstockage de carbone dans le sol associž ˆ une modification de pratique agricole Effets des pratiques agricoles en sols cultivžs Travail du sol ržduit Gestion des ržsidus de cultures Jach re nue Modification des rotations, cultures intermždiaires et intercalaires, engrais verts Irrigation en terres labourables Fertilisation minžrale en terres labourables Gestion des effluents dõžlevage Gestion des džchets organiques hors effluents dõžlevage et ržsidus de ržcolte Changements d'usage des terres Mise en culture de surfaces boisžes Boisement de terres cultivžes Incidences des haies sur le stockage de carbone dans les sols Passage Prairies i Cultures Passage Cultures i Prairies Passage Prairies i For ts Passage For ts i Prairies Effet des pratiques agricoles en prairie Principes thžoriques et analyse bibliographique ModŽlisation du stockage de carbone associž aux changements de gestion des rotations fourrag res et des prairies RŽsumŽ et conclusions de la Partie RŽfŽrences bibliographiques 189 Partie 4. Evaluation du potentiel national de stockage Pratiques stockantes : contraintes agronomiques et domaine dõapplication Apports de produits organiques dõorigine urbaine ou industrielle Accroissement de la capacitž des terres labourables ˆ fixer du carbone : cultures intermždiaires et cultures intercalaires Modification du mode de travail du sol et dõimplantation des cultures IntŽgration dans les syst mes de culture et dõžlevage Conclusion Potentiel thžorique de stockage selon plusieurs scžnarios Quelle est la tendance actuelle en France? Test de quelques scžnarios de stockage Quels outils dõžvaluation des stocks et des flux, et de contr le de lõeffet des pratiques mises en Ïuvre? Evaluation des surfaces soumises ˆ des changements Contr le du carbone stockž dans les sols Conclusion de la Partie RŽfŽrences bibliographiques

14 Expertise INRA Ð Stocker du carbone dans les sols agricoles? Partie 5. EfficacitŽ des politiques Žconomiques Analyse cožt-bžnžfice Introduction LÕanalyse cožt-bžnžfice Quelques questions dõžconomie publique LÕenvironnement physique et institutionnel RŽsultats attendus Les instruments de politique Žconomique Le niveau optimal dõžmission et/ou de sžquestration de carbone Les instruments dõinternalisation Les probl mes particuliers dõinternalisation Les cožts de stockage du carbone dans les sols agricoles Introduction Impacts Žconomiques du stockage du carbone agricole La variabilitž des cožts Les mžthodes dõestimation des cožts Le cožt de la ržduction des Žmissions de carbone dans le secteur agricole amžricain Quelques ŽlŽments pour la France et lõeurope Mise en Ïuvre des mesures incitatives Les cožts dõopportunitž Le calcul thžorique de la ržmunžration de lõagriculteur en information parfaite Les instruments de politique Žconomique Quelques probl mes potentiels ElŽments de conclusion Žconomique Mise en Ïuvre de la ržgulation Les enjeux agronomiques de la contractualisation Les enjeux Žconomiques LÕintŽr t de la modžlisation intžgrže 306 RŽfŽrences bibliographiques 307 Conclusion gžnžrale 309 Glossaire. Sigles et abržviations

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16 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Introduction générale (D. Arrouays, P. Stengel) Contexte et motivations L hypothèse d un changement climatique, induit par l augmentation de la concentration atmosphérique en gaz à "effet de serre" (GES), fait l objet d un consensus de plus en plus général de la communauté scientifique internationale. Cette augmentation est due aux émissions de GES liées aux activités humaines, parmi lesquelles principalement la production d énergie par combustion de carbone fossile, la déforestation et l agriculture. Le Protocole de Kyoto vise à une régulation de ces émissions au plan international. Il a été ratifié en mars 2002 par les pays de l Union Européenne. L Union Européenne s est engagée à réduire de 8% ses émissions nettes de gaz à effet de serre durant la période , par rapport à l année de référence Dans ce cadre, la France s est engagée à maintenir ses émissions au niveau de l année 1990 pendant la période , dite "période d engagement". Réduire les émissions est la politique la plus durable pour lutter contre l effet de serre. Mais, dans le cas du CO 2, une alternative consiste à accroître le rôle de "puits" temporaire que joue la végétation, en captant le CO 2 par le processus de photosynthèse pour constituer la biomasse. Il s agit alors essentiellement d augmenter la durée de stockage du carbone dans cette biomasse, ses produits dérivés, et ses résidus dont la majeure partie alimente le pool des matières organiques du sol. Accroître la production ligneuse, la durée de vie du bois et de ses produits de transformation, favoriser l accumulation à long terme des matières organiques dans les sols, sont les deux voies principales de mise en œuvre de cette alternative. Elles ont été admises parmi les modalités d application du Protocole de Kyoto lors de la Conférence des Parties de Bonn (CoP 6). L accroissement du stockage de carbone sous forme de matière organique des sols pourrait ainsi jouer un rôle important dans la lutte contre l augmentation des gaz à effet de serre dans l atmosphère et donc dans la prévention du changement climatique. La quantité de carbone organique contenue dans les sols est évaluée à milliards de tonnes, soit environ deux fois plus que dans l atmosphère, et trois fois plus que dans la végétation terrestre. Ce carbone se minéralise et retourne à l atmosphère avec des durées de vie (ou de stockage) très variables, qui dépendent de nombreux facteurs, dont les occupations des sols et les pratiques agricoles. Il est donc important de connaître le potentiel offert par ce "puits" selon les pratiques et les usages. Une augmentation du stock de carbone organique des sols, même très limitée en valeur relative, obtenue par une réduction de la vitesse de minéralisation, peut mettre en jeu des quantités de carbone très importantes par rapport aux flux nets annuels d échange avec l atmosphère. Dans le cadre du Protocole de Kyoto, il est de plus nécessaire de savoir dans quelle mesure et avec quelle marge d erreur ce puits pourra être comptabilisé et revendiqué au titre des négociations, et quelles sont les politiques d incitation qui pourraient provoquer ce stockage additionnel. 1 15

17 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? La demande du Ministère de l Ecologie et du Développement Durable Au niveau international, le potentiel d accroissement du stockage de carbone dans les sols est très variable suivant les pays, en fonction de leur surface, des caractéristiques et des usages de leurs sols et du climat. La position qu ils défendent dans la négociation et la part que peuvent prendre des mesures affectant la gestion des matières organiques du sol dans leur politique d application du Protocole de Kyoto en sont naturellement dépendantes. Pour la France, compte tenu des dimensions de son territoire et de sa surface cultivée, l enjeu n est pas a priori négligeable dans le contexte européen. Il l est d autant moins que si son engagement de stabilité des émissions apparaît peu contraignant, ses marges d actions sur le secteur de la production d énergie sont limitées, en contre-partie de la part réduite qu y prend l utilisation du carbone fossile. La marge supplémentaire que peut procurer la valorisation de la fonction de "puits" du sol peut ainsi s avérer précieuse pour équilibrer des émissions croissantes d autres secteurs, tels que les transports. Pour répondre à ces préoccupations, le ministère en charge de l environnement a formulé une demande d expertise auprès de l INRA. Cette expertise concerne l estimation des capacités d accumulation du carbone organique par les sols agricoles et leurs dynamiques temporelles. On entend par sols agricoles ceux qui répondent à la définition de la Surface Agricole Utile, intégrant les prairies temporaires et permanentes. Les éléments essentiels concernés par l expertise sont les suivants : - Les méthodes d estimation et de prévision des stocks et des flux de carbone stockés ou minéralisés par les sols et des paramètres, en particulier cinétiques, qui les déterminent. - La quantification et la prévision des durées de stockage : validité et précision des modélisations à long terme, variations des paramètres cinétiques liées à la variabilité climatique et pédologique et à l usage des sols (systèmes de production et de culture, techniques culturales et d entretien des sols). - Les effets des modifications du climat, de l usage des sols et des techniques sur le bilan du carbone et, plus globalement, sur le bilan radiatif. - Les méthodes pour évaluer et quantifier ces changements, les moyens techniques qu elles requièrent, leurs performances et leurs coûts. - L efficacité des mesures politiques concourant à l adoption de ces changements par les agriculteurs. Les questions principales qui nous sont posées sont les suivantes : - Peut-on, en France, par des actions visant spécifiquement à augmenter l accumulation du carbone organique agricole, contribuer à réduire l effet de serre? - Quelles sont les conditions d observance au Protocole de Kyoto? - Quels outils de politique économiques seraient efficaces pour promouvoir les changements souhaitables? - Quels sont les besoins en recherches et en références? La conduite de l expertise Les éléments essentiels de la conduite de l expertise ont été les suivants : La définition initiale du projet par le responsable désigné par l INRA, et son acceptation par le commanditaire. Ces étapes ont fixé les options majeures de la démarche, la délimitation du champ de 2 16

18 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? l expertise, et permis de désigner les cinq experts chargés de la conduite de l expertise ainsi que leur coordinateur. Le Comité de Pilotage a été composé de membres nommés par le Ministère, du responsable INRA du projet, du coordinateur scientifique et de l'unité Expertise Scientifique Collective de l INRA. Il a formulé le questionnement aux experts, validé la proposition de plan du rapport ainsi que la méthode de constitution de la base bibliographique. Le Comité de Pilotage s est réuni quatre fois durant le déroulement des travaux. Le fonctionnement du collectif des experts a été assuré par la tenue de réunions régulières de présentation et échanges critiques sur l avancement et le contenu du travail de synthèse relatif à chacune des questions. La sollicitation d experts supplémentaires a été décidée par le groupe initial, en fonction des questions formulées. En tout 27 experts, dont 6 extérieurs à l INRA, ont participé à cette production collective. Les textes produits ont été soumis à la critique de l ensemble des experts et révisés entre chaque point d étape. Les réunions mensuelles ont permis de valider les textes produits et de les harmoniser. Des lecteurs externes, chargés de la critique de chacun des chapitres, ont été choisis en fonction de leur compétence dans le domaine concerné, et de leur indépendance vis-à-vis du travail réalisé. La participation du responsable de projet et de l'unité Expertise Scientifique Collective a consisté à garantir l adéquation du fonctionnement et des décisions du groupe d experts aux principes directeurs, et la production finale des réponses aux questions posées. L'Unité Expertise a assuré le suivi éditorial du rapport et rédigé une synthèse, destinée notamment aux décideurs, en relation avec le groupe d experts. Les produits de l expertise et la structure du rapport Les résultats de cette expertise sont communiqués sous la forme du présent rapport, ainsi que d une synthèse, publiée en français et en anglais. Sont également prévus : Un séminaire réunissant les représentants du commanditaire et des décideurs publics directement intéressés par le contenu du rapport et sa synthèse (MEDD, MIES, MAAPAR, ADEME). Ce séminaire a pour vocation : i) de contribuer à l appropriation des conclusions et des éléments majeurs de l argumentaire par leurs utilisateurs potentiels, ii) d apprécier l adéquation entre les réponses et les questions initialement posées. Un colloque de présentation à un public plus large : professionnels de l environnement, de l agriculture et de la forêt concernés par cette problématique, organisations et associations impliquées dans le débat public, média. Enfin, une valorisation plus large et durable sera assurée par l INRA sous la forme d un ouvrage à caractère pédagogique permettant aux étudiants, enseignants, et à toute personne intéressée par cette problématique, de prendre connaissance des fondements scientifiques et des incertitudes liés à cette question d intérêt national et planétaire. 3 17

19 Expertise INRA Stocker du carbone dans les sols agricoles? Le présent rapport est divisé en 5 grandes parties : - La 1 re partie introduit la problématique, puis fixe l ensemble des questions qui seront traitées par la suite. - La 2 e partie réalise un "état de l art" des connaissances, des références et des outils disponibles sur le sujet. - La 3 e partie consiste en une analyse critique des résultats publiés dans la littérature et des chiffres obtenus sur des essais agronomiques réalisés en France ou sous des climats similaires. Cette partie propose des valeurs de stockage unitaire par unité de surface, selon les principaux changements d occupation du sol ou de pratique agricole envisagés. - La 4 e partie traite tout d abord de la faisabilité agronomique des changements permettant un stockage additionnel (sous quelles conditions pédoclimatiques, avec quels effets connexes, et quelle durabilité?). Des simulations sont ensuite réalisées afin d évaluer un potentiel de stockage global sur le territoire français métropolitain. Les questions relatives à la comptabilisation et la vérification de ces stockages additionnels sont ensuite traitées. - La 5 e partie analyse les outils d incitation économique qui pourraient être mis en œuvre pour promouvoir ce stockage additionnel. En conclusion, nous apportons des éléments de réponse aux 4 grandes questions évoquées plus haut. 4 18

20 Expertise INRA - Stocker du carbone dans les sols agricoles? - Partie 1 R.A.S. Partie 1. Partie 1. Problématique Problématique Responsable : Jean-François Soussana Auteurs : Jean-François Soussana, Dominique Arrouays, Jérôme Balesdent, Philippe Ciais, Responsable Pierre-Alain : Jean-François Jayet, Pierre Soussana Stengel Auteurs : Jean-François Soussana, Dominique Arrouays, Jérôme Balesdent, Philippe Ciais, Pierre-Alain Jayet, Pierre Stengel 1 19

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